Sechs Dinge, die Sie zur Gerätesteuerung über USB wissen sollten

Durch die Plug&Play-Funktionalität und die Allgegenwärtigkeit von USB-Anschlüssen an modernen PCs und Laptops ist USB zu einer sehr beliebten Option für die dezentrale Steuerung von Stand-alone-Messgeräten geworden. Da überdies immer mehr Messgerätehersteller ihre Geräte mit USB-Anschlüssen ausstatten, ist ein grundlegendes Verständnis dieses Bussystems notwendig, um die lange Lebensdauer Ihres Prüfsystems zu gewährleisten.

USB 2.0 steht nicht unbedingt für die höchste Geschwindigkeit

Für viele heutzutage eingesetzte Prüfanwendungen müssen große Datenmengen vom Messgerät an den PC übertragen werden. Bei der Auswahl Ihrer Instrumentierung sollten Sie wissen, welche Übertragungsraten von Ihrem PC überhaupt unterstützt werden. Der USB-Standard stellt drei Datenübertragungsraten zur Verfügung:

• Low-Speed – Datenübertragung mit 1,5 Mb/s. Für Geräte wie z. B. die Maus oder die Tastatur genügt normalerweise diese niedrigste Übertragungsgeschwindigkeit.
• Full-Speed – Datenübertragung bei 12 Mb/s. Bis zur Markteinführung von Hi-Speed USB im Jahr 2000 war dies die höchste mögliche Übertragungsrate für USB.
• High-Speed – Datenübertragung bei 480 Mb/s. Erstmals möglich durch den Standard Hi-Speed USB machte diese Hochgeschwindigkeitsübertragung USB selbst für die Übertragung großer Datenmengen wie z. B. von Audio- und Videodaten zu einer brauchbaren Option.

Während die Spezifikation USB 2.0 die High-Speed-Übertragung einführte, blieb sie auch weiterhin mit den niedrigeren Übertragungsraten kompatibel. Deshalb werden viele Geräte zwar als USB-2.0-kompatibel bezeichnet, unterstützen jedoch tatsächlich nur die Übertragungsraten Low-Speed und Full-Speed. Achten Sie beim Erwerb neuer Messgeräte auf die Bezeichnung "Hi-Speed USB", um sicherzugehen, dass das Messgerät die schnellste Übertragungsrate auch nutzen kann.

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Für die Gerätesteuerung ist ein USB-Geräteanschluss des Typs B erforderlich

Abbildung 1: Der USB-Anschluss Typ B (im Bild links) ermöglicht die Gerätesteuerung über den PC

Die USB Test and Measurement Class vereinfacht die Anwendungsentwicklung

Da sich USB-Geräte an kein bestimmtes Kommunikationsprotokoll halten, kann ihre Programmierung eine große Herausforderung darstellen. Um dieses Problem zu beheben, hat das USB Implementers Forum (USB-IF) eine spezielle Geräteklasse, die USB Test and Measurement Class (USBTMC), entwickelt. Diese bildet den Standard IEEE 488.1 nach, wodurch Messgeräte, die USBTMC unterstützen, genau wie ihre GPIB-Pendants programmiert werden können. USBTMC erleichtert die Gerätesteuerung erheblich, da dem Industriestandard entsprechende APIs, wie etwa NI-VISA, für das Senden und Lesen der Befehle vom Messgerät verwendet werden können, ohne dass auf einer niedrigeren Ebene Kommunikationsprotokolle implementiert werden müssen.

Für Geräte, die USBTMC nicht unterstützen, benötigen Sie entweder einen vom Hersteller angebotenen Treiber oder Sie müssen das Gerät im USB-RAW-Modus programmieren. NI-VISA unterstützt die Kommunikation im USB-RAW-Modus, jedoch müssen Sie sich vorher mit dem Gerätehersteller in Verbindung setzen, um die Spezifikationen des entsprechenden Kommunikationsprotokolls zu erhalten.

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Die Installationszeit wird durch die Plug&Play-Anbindung verkürzt oder entfällt ganz

Einer der größten Vorteile von USB im Vergleich zu anderen Bussystemen besteht in der einfachen Plug&Play-Anbindung. Mit Werkzeugen wie dem NI Measurement & Automation Explorer (MAX) werden USBTMC-Geräte automatisch erkannt und für das System konfiguriert. Anders als bei Ethernet/LAN müssen für die Anbindung Ihrer Instrumente keine IP-Adressen angegeben werden und es gibt auch keine Schwierigkeiten mit unternehmensinternen Firewalls.

Die Plug&Play-Anbindung über USB hat auch zur Entwicklung interaktiver Werkzeuge geführt, die sofort geladen werden können, sobald ein USB-Gerät angeschlossen wird. Ein Beispiel dafür ist die National Instruments SignalExpress Tektronix Edition. Sobald ein kompatibles Tektronix-Messgerät über USB an den PC angeschlossen wird, erkennt der Computer das Gerät und ein automatisch ablaufendes Dialogfenster öffnet sich. Mit einem einzigen Mausklick wird die NI SignalExpress Tektronix Edition mit dem Messgerät verbunden, beginnt mit der Live-Darstellung der Datenerfassung und ermöglicht die dezentrale Gerätesteuerung.

Abbildung 2: Windows XP erkennt automatisch spezifische USBTMC-Messgeräte von Tektronix, welche dann mit der NI SignalExpress Tektronix Edition gesteuert werden können.

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Bestehende Instrumentierung kann auf USB umgerüstet werden

Mithilfe von GPIB-Adaptern können Sie Ihre bestehenden GPIB-basierten Messgeräte verwenden und trotzdem zahlreiche Vorteile der Gerätesteuerung über USB nutzen, wie etwa die Plug&Play-Anbindung, die einfache Bedienung und den unproblematischen Zugang zu USB-Anschlüssen. Möglich gemacht wird dies von Geräten wie dem NI GPIB-USB-HS, einem Modul des Standards Hi-Speed USB, das jeden USB-Anschluss in einen voll funktionsfähigen GPIB-Controller verwandelt. Da Sie Ihre bestehenden Instrumente weiterhin verwenden können, bleiben Investitionen in Hard- und Software erhalten und Sie sparen Entwicklungskosten, da neue Geräte nicht programmiert werden müssen.

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Dem Industriestandard entsprechende Softwareschnittstellen tragen zur Langlebigkeit des Prüfsystems bei

USB ist heute zwar ein beliebter Kommunikationsbus, jedoch zeigt die Geschichte der Computerindustrie, dass Technologie, die heute der letzte Schrei ist, schon morgen wieder veraltet sein kann. Aus diesem Grund sollten Entscheidungen heute dahingehend getroffen werden, dass die Langlebigkeit eines Prüfsystems auch dann gewährleistet ist, wenn sich die Kommunikationsbusse ändern. Unter diesem Gesichtspunkt bietet sich die Verwendung der Virtual Instrument Software Architecture (VISA) und Plug&Play-Gerätetreiber in National Instruments LabVIEW an. Wird der Kommunikationsbus durch diese Technologien ergänzt, können Sie Ihre Systeme mit einer Standard-API progammieren, egal ob Sie GPIB, USB, seriell oder Ethernet/LAN als Bussystem nutzen. Solange sich die Programmierschnittstelle des Messgeräts nicht ändert, erfordert der Wechsel von Kommunikationsbussen kaum oder gar keine Modifikation des Programmcodes und trägt damit zu einer langen Lebensdauer Ihres Prüfsystems bei.

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Weiterführende Informationen:

• Datenerfassung und Gerätesteuerung mit USB
• NI CompactDAQ – Neues USB-gestütztes Datenerfassungssystem als modulare Plattform für flexible Messungen
• Lesen Sie das Whitepaper "NI CompactDAQ im Überblick"
• GPIB-Produkte von National Instruments
• NI ELVIS bietet jetzt Plug&Play-Anbindung über USB

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